কিভাবে একটি থার্মিস্টার তাপমাত্রা পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়: কাজ, সার্কিট, অ্যাপ্লিকেশন

আপনি যখন একটি এয়ার ফ্রায়ার সেট করেন এবং এটি ঠিক ঠিক সময়ে বন্ধ হয়ে যায়, বা একটি রাইস কুকার ঠিক তখনই গরম রাখার জন্য ড্রপ করে যখন শস্য যথেষ্ট জল শোষণ করে, তখন একটি ছোট উপাদান যন্ত্রটির জন্য চিন্তাভাবনা করছে। এই উপাদানটি হল থার্মিস্টর, একটি দ্বি-টার্মিনাল প্রতিরোধক যার রোধ তাপমাত্রার সাথে পরিবর্তিত হয়। এই নিবন্ধটি ব্যাখ্যা করে যে তাপমাত্রা পরিমাপ করার জন্য একটি থার্মিস্টর কীভাবে ব্যবহার করা হয়: শারীরিক নীতি যা এটিকে কাজ করে, সার্কিট যা এর প্রতিরোধকে পাঠ করে, গণিত যা সেই পাঠটিকে তাপমাত্রায় রূপান্তরিত করে, এবং ব্যবহারিক বিবরণ যা নির্ধারণ করে যে পরিমাপটি বছরের পর বছর ধরে সঠিক থাকে কিনা।

একটি প্রতিরোধ যা তাপমাত্রার সাথে পরিবর্তিত হয়

প্রথম উপসংহার: একটি এনটিসি থার্মিস্টার তাপমাত্রা পরিমাপ করে কারণ তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে এর প্রতিরোধ একটি পরিচিত, পুনরাবৃত্তিযোগ্য উপায়ে পড়ে। সেই একক সম্পত্তি হল যা একটি প্যাসিভ উপাদানকে সেন্সরে পরিণত করে।

একটি থার্মিস্টর সিরামিক সেমিকন্ডাক্টর উপকরণ থেকে তৈরি করা হয়, সাধারণত ধাতব অক্সাইড, একটি ছোট পুঁতি, চিপ বা ডিস্কে সিন্টার করা হয়। দুটি পরিবার আছে। নেতিবাচক তাপমাত্রা সহগ (NTC) থার্মিস্টর তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস করে; পজিটিভ টেম্পারেচার কোফিসিয়েন্ট (PTC) থার্মিস্টর প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়ায় এবং প্রায়শই ওভারকারেন্ট সুরক্ষা বা স্ব-নিয়ন্ত্রক হিটারের জন্য ব্যবহৃত হয়। তাপমাত্রা পরিমাপের জন্য, NTC টাইপ প্রাধান্য পায়।

পরিবর্তনটি বিস্তৃত ইলেকট্রনিক্স ছাড়াই পড়ার জন্য যথেষ্ট বড়। 25°C এ রেট করা একটি সাধারণ 10 kΩ NTC থার্মিস্টর 0°সে-তে প্রায় 33.6 kΩ এবং 100°C-তে প্রায় 700 Ω পরিমাপ করে - যেখানে বেশিরভাগ গৃহস্থালী যন্ত্রপাতি কাজ করে সেই পরিসর জুড়ে প্রায় 50 থেকে 1 এর সুইং। আ এনটিসি তাপমাত্রা সেন্সর তাই একটি মাইক্রোকন্ট্রোলারে শুধুমাত্র একটি মৌলিক এনালগ ইনপুট প্রয়োজন, যখন একটি থার্মোকলের প্রশস্তকরণ এবং কোল্ড-জাংশন ক্ষতিপূরণ প্রয়োজন। বৃহৎ সংকেত, কম খরচে এবং ছোট আকারের এই সমন্বয়ের কারণে প্রায় প্রতিটি তাপমাত্রা-নিয়ন্ত্রিত যন্ত্রে থার্মিস্টর উপস্থিত হয়।

কিভাবে একটি মাইক্রোকন্ট্রোলার থার্মিস্টর পড়ে

প্রথম উপসংহার: একটি মাইক্রোকন্ট্রোলার একটি ভোল্টেজ ডিভাইডারের মাধ্যমে একটি থার্মিস্টর পড়ে, কারণ একটি এনালগ-টু-ডিজিটাল কনভার্টার (ADC) ভোল্টেজ পরিমাপ করে, প্রতিরোধ নয়।

স্ট্যান্ডার্ড বিন্যাস থার্মিস্টর এবং একটি নির্দিষ্ট রোধকে সাপ্লাই রেল জুড়ে সিরিজে সংযুক্ত করে, তাদের মধ্যে পরিমাপ নোড সহ। ADC নোডের ভোল্টেজ পরিমাপ করে এবং সেই ভোল্টেজ থেকে রেজিস্ট্যান্স গণনা করা হয়। যদি থার্মিস্টর নিচের দিকে থাকে এবং স্থির প্রতিরোধক উঁচু দিকে থাকে:

Vout = Vcc × Rfixed / (Rfixed Rthermistor)

যখন থার্মিস্টর উষ্ণ হয় এবং এর রেজিস্ট্যান্স কমে যায়, তখন স্থির রেজিস্টর জুড়ে সাপ্লাই ভোল্টেজের বেশির ভাগ কমে যায়, তাই Vout বেড়ে যায়। যখন এটি ঠান্ডা হয়, Vout পড়ে।

একটি ব্যবহারিক পরিমাপ চেইনের চারটি অংশ রয়েছে:

• একটি স্থিতিশীল সরবরাহ ভোল্টেজ, সাধারণত 3.3 V বা 5 V
• একটি আঁট সহনশীলতা সহ একটি স্থির প্রতিরোধক, বিশেষত 1% বা আরও ভাল
• অপারেটিং পরিবেশের জন্য উপযুক্ত প্যাকেজে NTC থার্মিস্টার
• একটি এডিসি পর্যাপ্ত রেজোলিউশন সহ ক্ষুদ্রতম তাপমাত্রার ধাপটিকে আলাদা করতে পারে যা ডিজাইনের যত্ন নেয়

একটি সাধারণ 10 kΩ NTC থার্মিস্টর যার B মানের 3950, একটি 10 kΩ স্থির প্রতিরোধক এবং একটি 5 V সরবরাহের সাথে যুক্ত, এই রিডিংগুলি তৈরি করে:

অসম ব্যবধান লক্ষ্য করুন: 0°C এবং 25°C এর মধ্যে আউটপুট 1.35 V দ্বারা পরিবর্তিত হয়, যখন 75°C এবং 100°C এর মধ্যে এটি শুধুমাত্র 0.32 V দ্বারা পরিবর্তিত হয়৷ নিম্ন তাপমাত্রায় সংবেদনশীলতা স্বাভাবিকভাবেই বেশি হয়৷ ডিজাইনাররা হয় এটি গ্রহণ করেন, অপারেটিং উইন্ডোর প্রতি পক্ষপাত সংবেদনশীলতার জন্য বিভাজকটিকে পুনরায় সাজান, অথবা ফার্মওয়্যারে এটি সংশোধন করুন কারণ বক্ররেখাটি মসৃণ এবং পুনরাবৃত্তিযোগ্য।

একটি তাপমাত্রা মধ্যে প্রতিরোধের রূপান্তর

প্রথম উপসংহার: একবার রেজিস্ট্যান্স জানা গেলে, তিনটি স্ট্যান্ডার্ড পদ্ধতি এটিকে তাপমাত্রায় রূপান্তরিত করে: একটি লুকআপ টেবিল, বি-প্যারামিটার সমীকরণ, বা স্টেইনহার্ট-হার্ট সমীকরণ। পছন্দটি সরলতা, মেমরি ব্যবহার এবং নির্ভুলতার মধ্যে একটি ট্রেড-অফ।

লুকআপ টেবিল (R-T টেবিল)

নির্মাতারা প্রতিটি সেন্সর প্রকারের জন্য একটি প্রতিরোধ-বনাম-তাপমাত্রার সারণী প্রকাশ করে। ফার্মওয়্যারটি সেই টেবিলটি সঞ্চয় করে, দুটি এন্ট্রি খুঁজে পায় যা বর্তমান প্রতিরোধকে বন্ধনী করে এবং তাদের মধ্যে রৈখিকভাবে ইন্টারপোলেট করে। এটি একটি ছোট মাইক্রোকন্ট্রোলারে দ্রুততম পদ্ধতি এবং অ্যাপ্লায়েন্স কন্ট্রোল বোর্ডগুলিতে সবচেয়ে সাধারণ। ধরা হল যে টেবিলটি অবশ্যই সেন্সরের বি মানের সাথে মেলে। একটি B = 3950 সেন্সরের সাথে একটি B = 3435 টেবিল যুক্ত করা পরিসরের উভয় প্রান্তে বেশ কয়েকটি ডিগ্রির ত্রুটি তৈরি করে।

বি-প্যারামিটার সমীকরণ

একটি মাঝারি তাপমাত্রা স্প্যানের জন্য, প্রতিরোধের নিম্নরূপ:

R(T) = R25 × exp[B × (1/T - 1/298.15)]

যেখানে T কেলভিনে থাকে, R25 হল 25°C এ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং B হল উপাদান ধ্রুবক, সাধারণত NTC থার্মিস্টরের জন্য 3000 K এবং 5000 K এর মধ্যে। এই সমীকরণটি শুধুমাত্র দুটি ধ্রুবক প্রয়োজন এবং এটি বাস্তবায়ন করা সহজ। স্প্যানটি মোটামুটি 50°C অতিক্রম করলে এটি সঠিকতা হারায়, কিন্তু একটি সংকীর্ণ জানালার মধ্যে এটি একটি টেবিল ছাড়াই তাপমাত্রা অনুমান করার দ্রুততম উপায়।

স্টেইনহার্ট-হার্ট সমীকরণ

বিস্তৃত পরিসর এবং সর্বোত্তম নির্ভুলতার জন্য, স্টেইনহার্ট-হার্ট সমীকরণ হল আদর্শ পছন্দ:

1/T = A B × ln(R) C × (ln R)^3

তিনটি সহগ, A, B এবং C (উপরের উপাদান ধ্রুবকের সাথে বিভ্রান্ত হবেন না), সেন্সরের পরিমাপ করা বক্ররেখায় লাগানো হয়েছে। ভাল সহগ সহ, এই সমীকরণটি রেট করা স্প্যান জুড়ে একটি ডিগ্রীর কয়েকশতাংশের মধ্যে থাকে। একটি মাইক্রোকন্ট্রোলার প্রতি সেকেন্ডে কয়েকবার এটি মূল্যায়ন করে, তাই গণনামূলক খরচ নগণ্য।

যে পদ্ধতি ব্যবহার করা হোক না কেন, সেন্সর নিজেই সহনশীলতা বহন করে। একটি স্ট্যান্ডার্ড এনটিসি থার্মিস্টারের 25°C এ প্রায় ±1% প্রতিরোধের সহনশীলতা এবং ±1% এর B-মান সহনশীলতা থাকে, যা একসাথে 100°C এ ত্রুটির প্রায় ±0.5°C থেকে ±1°C পর্যন্ত অনুবাদ করে। যদি ডিজাইনের আরও কঠোর নির্ভুলতার প্রয়োজন হয়, একটি উচ্চ-গ্রেড সেন্সর নির্দিষ্ট করুন বা উৎপাদন লাইনে এক-পয়েন্ট ক্রমাঙ্কন করুন।

বাস্তব নির্ভুলতা সিদ্ধান্ত যে বাস্তব বিবেচনা

প্রথম উপসংহার: একটি থার্মিস্টর পরিমাপের নির্ভুলতা সেন্সর উপাদানের মতো ইনস্টলেশন এবং অপারেটিং অবস্থার দ্বারা নির্ধারিত হয়। বাস্তব যন্ত্রপাতিগুলিতে, চারটি কারণ বেশিরভাগ ত্রুটি সৃষ্টি করে।

স্ব-গরম। বায়াস কারেন্ট সেন্সরকে মাপা মাঝারি থেকে সামান্য উপরে উষ্ণ করে, একটি ক্রমাগত ত্রুটি তৈরি করে। একটি গ্লাস-বিড সেন্সরের জন্য বিদ্যুতের অপচয় প্রায় 1 মেগাওয়াটের নিচে রাখুন। একটি রেফারেন্স হিসাবে, একটি 10 ​​kΩ সেন্সর একটি 10 ​​kΩ ডিভাইডারে একটি 3.3 V সাপ্লাই 25°C তাপমাত্রায় প্রায় 0.27 মেগাওয়াট বিলুপ্ত করে - নিরাপদ, কিন্তু সরবরাহ ভোল্টেজ বাড়ানো হলে বা স্থির রোধকে অনেক বড় করা হলে তা অতিক্রম করা সহজ।

বি-মান মিল। 25 ডিগ্রি সেলসিয়াসে একই রেজিস্ট্যান্স সহ দুটি সেন্সর কিন্তু বিভিন্ন B মান ঘরের তাপমাত্রায় একই পড়ে এবং ধীরে ধীরে এর থেকে দূরে সরে যায়। নিশ্চিত করুন যে উত্পাদন সেন্সরের B মান ফার্মওয়্যারের বৈশিষ্ট্যের সাথে মেলে; অমিল হল "25 ডিগ্রি সেলসিয়াসে ভাল, 90 ডিগ্রি সেলসিয়াসে ভুল" আচরণের একটি সাধারণ মূল কারণ।

প্যাকেজিং এবং প্রতিক্রিয়া সময়। খালি সিরামিক উপাদানটি সেকেন্ডের একটি ভগ্নাংশে প্রতিক্রিয়া জানায়, কিন্তু এনক্যাপসুলেশন এটিকে ধীর করে দেয়। Epoxy-প্রলিপ্ত জপমালা দ্রুত প্রতিক্রিয়া এবং একটি গরম উপাদান জুড়ে চলন্ত শুষ্ক বায়ু উপযুক্ত; ধাতব বা সিলিকন-সিলযুক্ত প্রোবগুলি ধীর তবে জল, বাষ্প এবং পরিষ্কারের এজেন্টগুলি বেঁচে থাকে। একটি ভেজা অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি সিল করা প্রোব বা বায়ু প্রবাহের জন্য একটি দ্রুত ইপক্সি পুঁতি নির্বাচন করা, বৈদ্যুতিক স্পেসিফিকেশনের মতোই গুরুত্বপূর্ণ।

বসানো। থার্মিস্টার তার নিজস্ব স্থানীয় তাপমাত্রা পরিমাপ করে। এটিকে নিয়ন্ত্রিত বিন্দুর যতটা সম্ভব কাছাকাছি বসতে হবে - গরম করার উপাদান, রান্নার গহ্বর বা তরল গরম করা হচ্ছে। কয়েক মিলিমিটার বিচ্ছিন্নতা, একটি কুলিং ফ্যান থেকে একটি খসড়া বা একটি পুরু ধাতব বন্ধনী যা তাপকে ডুবিয়ে দেয়, পাঠকে কয়েক ডিগ্রি পরিবর্তন করতে পারে।

একটি অ্যাপ্লায়েন্স-গ্রেড থার্মিস্টর সিস্টেম, এই চারটি বিষয়কে মাথায় রেখে নির্দিষ্ট এবং ইনস্টল করা, বছরের পর বছর ধরে এটির ক্রমাঙ্কন ধরে রাখে। ভবিষ্যদ্বাণীর এই স্তরটি যা নির্মাতারা নির্ভর করে যখন তারা একটি কম খরচের উপাদানের চারপাশে একটি নিয়ন্ত্রণ অ্যালগরিদম তৈরি করে।

বাস্তব গৃহস্থালী যন্ত্রপাতি থার্মিস্টার পরিমাপ

উত্পাদনের যন্ত্রপাতিগুলিতে, থার্মিস্টর কখনও বিচ্ছিন্নভাবে কাজ করে না। এটি একটি তারের জোতা দ্বারা নিয়ন্ত্রণ বোর্ডের সাথে সংযোগ স্থাপন করে এবং সংযোগকারী, সীসা তার এবং নিরোধক পরিমাপ ব্যবস্থার অংশ। আলগা টার্মিনাল বা ফাটল নিরোধক সহ একটি সেন্সর বিরতিহীন রিডিং তৈরি করে যা কোনও ক্রমাঙ্কন সংশোধন করতে পারে না। নির্মাতারা তাই সেন্সর, জোতা এবং সংযোগকারীকে পৃথক পণ্য অংশ হিসাবে না করে একটি সমাবেশ হিসাবে মূল্যায়ন করে।

একটি এয়ার ফ্রায়ারে, এনটিসি সেন্সর রান্নার গহ্বর নিরীক্ষণ করে এবং কন্ট্রোলারকে রিপোর্ট করে, যা সেট তাপমাত্রা ধরে রাখতে হিটারের সুইচ করে। সেন্সরকে অবশ্যই দ্রুত প্রতিক্রিয়া জানাতে হবে এবং বিস্তৃত তাপমাত্রার সুইং জুড়ে স্থিতিশীল থাকতে হবে; একটি ধীর সেন্সর ওভারশুট এবং অসম ব্রাউনিং ঘটায়।

Cixi Tengyu থেকে এয়ার ফ্রায়ার NTC তাপমাত্রা সেন্সর একটি চীনা প্রস্তুতকারকের দ্রুত-প্রতিক্রিয়া NTC সেন্সরগুলি এয়ার ফ্রাইয়ারগুলিতে স্থিতিশীল তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ সমর্থন করে, রান্নার চক্রের সময় ওভারশুট এবং অসম বাদামী হওয়া এড়াতে সহায়তা করে। পণ্য দেখুন →

একটি বৈদ্যুতিক কেটলি একটি ভিন্ন পরীক্ষা. সেন্সর একটি তাপীয় সীল দিয়ে হিটিং প্লেটের বিরুদ্ধে মাউন্ট করে এবং ফার্মওয়্যারটি দ্রুত তাপমাত্রা বৃদ্ধির উপর নজর রাখে। থার্মাল কাপলিং দুর্বল হলে, কন্ট্রোলার প্রতিক্রিয়া করার আগে কেটলিটি স্ফুটনাঙ্ক অতিক্রম করে উত্তপ্ত হতে পারে। একটি নির্ভরযোগ্য মাউন্টিং কাঠামোর সাথে একত্রিত একটি দ্রুত-প্রতিক্রিয়া উপাদান যা একটি বৈদ্যুতিক কেটলকে প্রতিবার নির্ভরযোগ্যভাবে বন্ধ করে দেয়।

বৈদ্যুতিক কেটল NTC তাপমাত্রা সেন্সর সরবরাহকারী এই সরবরাহকারী বৈদ্যুতিক কেটলগুলির জন্য এনটিসি সেন্সর অফার করে, তাপীয় কাপলিং এবং অতিরিক্ত উত্তাপ রোধ করতে দ্রুত প্রতিক্রিয়া সহ, ফুটন্ত সময় নির্ভরযোগ্য শাট-অফ নিশ্চিত করে। পণ্য দেখুন →

একটি রাইস কুকার একই নীতিকে আরও এগিয়ে নেয়। সেন্সর ভিতরের পাত্রের নীচে বসে, এবং কন্ট্রোলার তাপমাত্রা বৃদ্ধির হার দেখে সিদ্ধান্ত নেয় কখন জল শোষিত হয়েছে, তারপর উষ্ণ রাখার শক্তি ড্রপ করে। এটি একটি ক্লাসিক থার্মিস্টর অ্যাপ্লিকেশন: একটি কম খরচের সেন্সর, একটি সাধারণ বিভাজক এবং একটি ভাল বৈশিষ্ট্যযুক্ত বক্ররেখা একটি ধারাবাহিক রান্নার ফলাফল তৈরি করতে একসাথে কাজ করে। একই পদ্ধতি সয়ামিল্ক প্রস্তুতকারক, খাদ্য প্রসেসর এবং বৈদ্যুতিক প্রেসার কুকারগুলিতে দেখা যায়।

রাইস কুকার এনটিসি তাপমাত্রা সেন্সর প্রস্তুতকারক এই মেকারের সেন্সরগুলি রাইস কুকারের জন্য উপযুক্ত, জল শোষণ এবং উষ্ণ রাখার ফাংশন পরিচালনা করতে তাপমাত্রা বৃদ্ধি পর্যবেক্ষণ করে, ধারাবাহিক রান্নার ফলাফল সমর্থন করে। পণ্য দেখুন →

একটি সংগ্রহের দৃষ্টিকোণ থেকে, ব্যবহারিক প্রশ্নটি তা নয় যে থার্মিস্টরগুলি তাপমাত্রা ভালভাবে পরিমাপ করে - তারা করে - তবে সরবরাহ করা সেন্সরটি সঠিক R-T বক্ররেখার সাথে চিহ্নিত করা হয়েছে, প্রকৃত পরিবেশের জন্য প্যাকেজ করা হয়েছে এবং তারের সাথে সরবরাহ করা হয়েছে যা সমাবেশ এবং দৈনন্দিন ব্যবহারের জন্য বেঁচে থাকে। নির্বাচন করা a তারের জোতা এবং NTC তাপমাত্রা সেন্সর প্রস্তুতকারক যা এই সমস্ত উপাদানগুলিকে একসাথে নিয়ন্ত্রণ করে, পণ্যগুলি ক্ষেত্রটিতে পৌঁছানোর পরে দেখা যায় এমন অমিল সমস্যাগুলি এড়ায়।

নীচের লাইন

একটি থার্মিস্টার তাপমাত্রা পরিমাপ করে কারণ এর প্রতিরোধ একটি পুনরাবৃত্তিযোগ্য, ভালভাবে বোঝা যায় এমন বক্ররেখা অনুসরণ করে। চেইনটি সংক্ষিপ্ত: একটি ভোল্টেজ বিভাজক প্রতিরোধকে ভোল্টেজে রূপান্তর করে, একটি ADC সেই ভোল্টেজটিকে ডিজিটাইজ করে এবং একটি লুকআপ টেবিল বা স্টেইনহার্ট-হার্ট সমীকরণ এটিকে তাপমাত্রায় রূপান্তর করে। প্রকৃত নির্ভুলতা সেই বিবরণগুলি থেকে আসে যা সমীকরণগুলি দেখায় না - স্ব-গরম, বি-মান ম্যাচিং, প্যাকেজিং, বসানো এবং নিয়ামকের সাথে সেন্সর সংযোগকারী তারের। এই বিবরণগুলি সঠিকভাবে পরিচালনা করুন, এবং একটি উপাদান যা প্রতি ইউনিটে কয়েক সেন্ট খরচ করে দৈনিক অপারেশনের বছরের জন্য তার লক্ষ্যমাত্রার এক বা দুই ডিগ্রির মধ্যে একটি যন্ত্র ধারণ করে৷